JPS6149519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は火力、原子力プラント等の電動駆動給
水ポンプによる給水流量制御装置に関するもので
ある。

〔発明の技術的背景と問題点〕

従来、火力、原子力プラントの電動駆動給水ポ
ンプによる給水流量制御は、ポンプの出口に給水
流量調節弁を設け、給水流量調節弁の差圧を変え
ることにより行なわれるが、給水流量の減少に応
じて水冷壁出口圧力が低下するようなプラントで
は、給水系のシステム抵抗特性が給水流量の減少
に伴い変動する。

第１図に変圧プラントの圧力−流量特性を示
す。曲線イは変圧プラントの給水系のシステム抵
抗特性を示し、曲線は電動機とポンプが直結され
た電動駆動給水ポンプの圧力−流量特性を示す。
第１図曲線イにおいて、流量Q₃とQ₂間はボイラ
水冷壁の圧力を規定値に保ち、流量Q₂とQ₁間は
給水流量の減少に伴い水冷壁の圧力を低下させ、
流量Q₁とQ₀間はボイラの許容最低圧力を水冷壁
出口の圧力を保持した場合の特性である。

この曲線イに示すようなシステム抵抗特性を持
つ変圧プラントにおいて、給水流量制御を給水調
節弁のみで行おうとすると、低流量域たとえば
Q₁流量時の調節弁差圧は（P₁−P₂）となり、高流
量域たとえばQ₂、流量時の調節弁差圧（P₃−
P₄）に比べて非常な高差圧状態となる。このよう
な高圧差で調節弁を使用すると弁にエロージヨン
が発生する欠点がある。そこで、駆動電動機とポ
ンプの間に流体継手を設け、流体継手によりポン
プの回転数を変え、電動駆動給水ポンプ吐出圧を
システム抵抗特性に対応させるようにしている。
このようにするときは、例えば、第１図のQ₁の
流量を得る場合、第１図の曲線ハで示す圧力−流
量特性となるようポンプの回転数を制御しなけれ
ばならない。

しかし、給水流量制御を流体継手によるポンプ
の回転数制御のみで行なうとした場合には、流体
継手の追従性が問題となる。すなわち、流体継手
の入力回転羽根車部と出力回転羽根車部は機械的
連結と異り、両羽根車内を循環する油、すなわち
作動室内の油の運動エネルギによつて動力を伝達
してするようになつている。この出力回転羽根車
部の速度は、作動室内の油量を変えることにより
増減できる。この油量の調節はすくい管で行う
が、このすくい管の先端は作動室内の油面と位置
を同じにし、ポンプの回転数を減少させるにはす
くい管を通して油を逃し、ポンプ回転数を増加さ
せるにはすくい管を通して油を補充する。従つ
て、すくい管を外部より移動させることにより油
量の増減を図り、出力回転羽根車部の速度を増減
させることが出来る。

しかし、このすくい管を通る流量には制御があ
るので、急速な回転数変化指令を与えても油量の
変化が追従できない。そのため、給水量の急速な
絞り込みや、過渡的な変動のある火力プラント等
の給水制御としては、流体継手によるポンプの回
転数制御のみでは充分な制御が出来ない欠点があ
る。

〔発明の目的〕

本発明は上述の欠点を除去するためになされた
もので、給水量の急速な絞り込みが指令された
り、給水量に過渡的な変動が指令されたりするよ
うな場合にも、給水流量を適切に制御することの
できる電動駆動給水ポンプの制御装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

そこで本発明は、電動機、流体継手およびポン
プにより構成される電動駆動給水ポンプ５１と、
ポンプの出口側に設けられた給水量調節弁とを備
える給水系において、添付図面の第２図の如く、
下記の〜の要件により構成される制御装置を
提供するものである。

すなわち、 電動駆動給水ポンプの流量（吸込量および吐
出量を含む）を検出してこれを電気信号に変換
する給水量検出装置５２、 給水指令信号イおよび給水量検出装置５２の
出力信号を比較して給水流量調節弁６の開度を
制御する弁開度制御装置５４、 給水流量調節弁６に適切な前後差圧を設定す
るための差圧設定器１０と、給水流量調節弁６
の前後差圧を検出する差圧検出器７，８，９と
を含み、設定器１０の出力信号トと前記差圧検
出器７，８，９の出力信号ホで差圧偏差信号チ
を発生する差圧偏差信号発生装置５３、 給水指令イを先行要素として差圧偏差信号チ
を修正し、修正差圧偏差信号ヌを出力する修正
装置５５、 ポンプ３の回転数が所定の回転数以下になら
ないように制限する設定装置２５を含み、修正
差圧偏差信号ヌと差圧検出器７，８，９で検出
された給水流量調節弁６の前後差圧が合致する
ようポンプ３回転数を制御するための流体継手
２の出力回転数を制御する回転制御装置５６ である。

ここで、添付図面の第５図に示す如く の差圧設定器１０は、ポンプ３の回転数バイ
アスを設定する回転数バイアス設定器３１で、 同じくの差圧検出器７，８，９は、ポンプ３
の回転数を検出するポンプ回転数検出器３０で、
それぞれ置き換え、 同じくの差圧偏差信号発生装置５３および
の修正装置５５は、給水指令イによりポンプ３の
回転目標値を演算した目標値信号を出力する手段
３３を含み、ポンプ回転数検出器３０の出力信号
ネおよび回転数バイアス設定器３１の出力信号ナ
を比較して得られた差圧偏差信号を、前記目標値
信号を先行要素として修正し、修正差圧偏差信号
を出力するようにした装置３２，３３とし、 の回転制御装置５６は、ポンプ３の回転数が
所定の回転数以下にならないように制限する設定
装置２５を含み、修正差圧偏差信号ヌとポンプ３
の回転数が合致するよう、 このポンプ３の回転数を制御するための流体継
手２の出力回転数を制御するように構成してもよ
い。

以上の如く構成された本発明装置により、給水
指令によつて急な絞り込みや流量の過渡変動が指
令されたときは、まず応答の速い調節弁によつて
流量が制御され、次に応答の遅いポンプ回転数制
御により流量が最適値になるようになされ、同時
に弁の前後差圧が調整され、次の給水指令に備え
るようにされる。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を
説明する。

第２図は本願の第１の発明の一実施例を示す全
体構成図で、特許請求の範囲第１項に対応してい
る。図中、１は電動機、２は流体継手、３はポン
プで１〜３は電動駆動給水ポンプ５１を構成す
る。４はフロー検出器、５は給水流量トランスミ
ツタで４，５でポンプの流量（吸込量および吐出
量）を検出するための給水量検出装置５２を構成
する。６は給水流量調節弁、７，８は圧力トラン
スミツタ、９は加算器、１０は差圧設定器、１１
は加算器で、７〜１１で差圧偏差信号発生装置５
３を構成する。また、１２は加算器、１３は給水
調節器、１４は電／空変換器、１５はバルブポジ
シヨナーで、１２〜１５で弁開度制御装置５４を
構成する。１６は微分器、１７は加算器で、１
６，１７で修正装置５５を構成する。また、１８
は不感帯、１９は調節器、２０は高位選択器、２
１はモータ駆動回路、２２はすくい管制御用モー
タ、２３はすくい管、２４はすくい管位置検出
器、２５は最低回転数設定器をそれぞれ示し、１
８〜２５により回転制御装置５６を構成してい
る。接続線中の符号イ〜レは、動作を説明する信
号を表わしている。

次に、第２図に示す電動駆動給水ポンプの給水
制御装置の作用を説明する。

第２図において、給水指令信号イは加算器１２
に入力され、一方、フロー検出器４と給水流量ト
ランスミツタ５により検出されるポンプ出口給水
流量信号ロも加算器１２に入力される。この両信
号は加算器１２で演算され、その結果である給水
流量偏差信号ハが給水調節器１３に入力され、給
水流量調節弁６の開度指令ニに変換される。この
開度指令ニは電／空変換器１４にて比例した空気
信号に変換され、給水流量調節弁６のバルブポジ
シヨナー１５に入力される。さらに、バルブポジ
シヨナー１５にて給水流量調節弁の位置指令に変
換され、開度指令ニに相当する位置に給水流量調
節弁６の開度を制御し、給水指令イとポンプ出口
給水流量信号ロとが合致するまで給水流量調節弁
６の開度が制御される。すなわち給水指令に基づ
き、弁開度制御装置５４を介して給水流量の制御
を行う。

しかし、給水流量調節弁６の開度制御だけであ
れば、前述のように給水流量調節弁６の前後差圧
が大きくなり、エロージヨンの発生につながる。
そこで本発明は、給水流量調節弁６の前後差圧が
一定値以下になるように電動駆動給水ポンプ５１
の回転数を流体継手を用いて制御しようとするも
のであり、給水流量調節弁６の前部圧力を圧力ト
ランスミツタ７で、後部圧力を圧力トランスミツ
タ８にて検出し、加算器９にて前後の圧力差を演
算し、この結果を差圧信号ホとして加算器１１に
入力する。この差圧信号ホを取出す方法として
は、給水流量調節弁６の前後差圧トランスミツタ
により直接検出することも可能で、また調節弁の
開度と調節弁のＣ_v値特性から算出することも出
来る。加算器１１では給水流量調節弁６の前後差
圧を一定値以下にするために、差圧設定器１０の
信号トと検出された差圧信号ホとが演算され、そ
の結果である差圧偏差信号チが加算器１７に入力
される。すなわち、差圧偏差信号発生装置５３
は、給水流量調節弁６に適切な前後差圧を設定す
るための設定器１０の信号トと、給水流量調節弁
６の前後差圧を検出して発生する信号ホと比較演
算して差圧偏差信号チを発生する。

一方、加算器１７には給水指令イを微分器１６
にて微分した信号リも入力される。この微分信号
リは先行要素すなわち先行操作指令としての信号
である。もちろん、先行要素の信号としては負荷
要求指令、ポンプ出口給水流量などの信号を微分
して用いることも可能である。すなわち、微分器
１６、加算器１７で構成される修正装置５５は、
給水指令を先行操作指令として差圧偏差信号発生
装置５３の出力信号（差圧偏差信号チ）を修正し
て修正差圧偏差信号ヌを出力することになる。

加算器１７の出力（修正差圧偏差信号ヌ）は不
感帯１８に入力される。この不感帯１８は微少偏
差のときシステムがこれに応答することを妨げる
ためのもので、入力信号ヌが不感帯１８にて定め
られた値以下の微少偏差時には、その出力オをカ
ツトするために設けられている。

不感帯１８からの出力信号オはポンプの回転数
を制御するための調節器１９に入力され、この調
節器により出力信号オはポンプの回転数指令ワに
変換され、高位選択器２０に入力される。高位選
択器２０には最低回転数設定器２５からの信号カ
も入力され、いずれかの高い回転数指令信号が選
択される。最低回転数設定器２５は流体継手２の
制御可能な下限回転数または給水流量が安定に制
御可能な下限回転数以下のポンプ回転数にならな
いように制限するためのものである。また、回転
数の上下限を制限するため高位選択器２０を上下
限制限器としてもよい。

高位選択器２０の出力信号ヨはすくい管２３を
制御するモータ２２の駆動回路２１に入力され
る。モータ駆動回路２１にはすくい管の位置検出
器２４の信号タも入力され、モータ駆動回路２１
にてすくい管２３の位置指令信号レに変換され、
このモータを駆動する。このモータ２２が駆動さ
れるとすくい管２３の位置が変えられ、流体継手
２の作動室の油量が変化し、ポンプの回転数が制
御される。すなわち、１８〜２５で構成される回
転制御装置５６によつて、差圧設定器１０の信号
トと差圧偏差信号チが合致するまで、電動駆動給
水ポンプの回転数が制御される。

次に、第３図のグラフを参照して、ポンプ回転
数、給水流量調節弁の前後差圧の変化および各信
号の変化を説明する。

時点t₁において制御が開始されると、給水指令
イ（第３図ａ）が徐々に増大する。そして、所定
の時間（調節弁のアクチユエータの遅れ時間）だ
け遅れて調節弁６が開けられて、給水量ポンプ流
量）が徐々に増加していく。そのため、弁前後差
圧を示す信号が徐々に低下する。

同時に、差圧偏差信号チは徐々に上昇し、この
ため、ポンプ３の回転が要請されることになる。
修正差圧偏差信号ヌは調節弁が開になる以前に立
ち上るが、これは先行操作指令（加速指令）がな
されているためである。

差圧偏差信号チが更に大きくなり、従つて差圧
偏差信号ヌも更に大きくなると、ポンプ３は流体
継手２の追従遅れ時間の後に回転を始める。

時点t₂になると調節弁は全開になり、その前後
差圧は最低値になる。この時点t₂から次の時点t₃
（要求給水到達時点）までの間は、ポンプ３の回
転数増加によりポンプ吐出圧が上昇することによ
つて給水量が増加するので、給水量が給水要求指
令に追従すべく弁を閉め、これによつて給水量が
要求値になるよう制御される。また同時に、ポン
プ回転数を増加し、ポンプ出口の圧力を増加する
ことにより、弁の前後差圧が規定値になるよう制
御される。

この弁前後差圧が規定値になるようにする制御
は、規定差圧に到達する時点t₄まで継続される。
従つて、ポンプ３の回転数と調節弁の開度は時点
t₄まで変化する。

次に、第４図を参照して管路抵抗の変化、およ
びこれに対する各信号の変化を説明する。図にお
いて、Q₁およびQ₂は流量を示し、イはQ₁流量時
に調節弁絞りを規定差圧にした場合の管路抵抗、
ロはQ₂流量時に調節弁絞りを規定差圧にした時
の管路抵抗、ハは調節弁絞りを０（全開）とした
場合の管路抵抗を示し、Ａは流量Q₁時のポンプ
回転数、Ｂは流量Q₂時のポンプ回転数を示して
いる。

流量をQ₁からQ₂に増加させるときには、次の
ようになる。流量Q₁時の点ａと点ｄの圧力差が
調節弁の差圧△Ｐに相当する。流量をQ₂に増加
させようとすると、流体継手のためポンプ回転数
の追従が遅いため、まず調節弁を開（システム抵
抗は点ａ→ｂへ移動）にし、これによつて流量が
増加する。ポンプの回転数が増加し始めた時点
（点ｂの状態）以降は、ポンプの回転数を増加さ
せ、調節弁を規定差圧にすべく作用させる（調節
弁を閉方向に動作させる）。すなわち、システム
抵抗線は点ｂから点ｃへ変化することにより、給
水が増加する。そして、Q₂になつた時点の規定
前後差圧（△Ｐ）相当のシステム抵抗に合致する
点（点ｃ）まで、ポンプの回転数が増加される。
すなわちポンプは回転数Ａから回転数Ｂに変化さ
せられる。

上述のように給水指令に対しては、まず最初に
給水流量調節弁にて給水流量を制御するようにし
ているので、指令に対する追従遅れの問題は解決
される。しかも、その後に生じる給水流量調節弁
の差圧は、流体継手によりポンプの回転数が制御
されることにより、常に最適値に保持出来るの
で、エロージヨンの問題も解決される。

次に、本願の第２の発明の実施例（特許請求の
範囲第２項に対応する）を第５図に示す。接続線
中の符号ネ，ナ，ラは動作を説明する信号を表わ
す。

第５図において、給水量検出装置（４，５）５
２、弁開度制御（１２〜１５）５４、回転制御装
置（１８〜２５）５６は第２図の制御装置と同じ
であるが、修正差圧偏差信号発生装置（３１〜３
３）５７がこれとは異なる。流体継手２の回転数
制御目標として、給水指令信号イからポンプの回
転数目標値を演算し、この目標値に回転数バイア
スをかけることにより、前述の発明と同等の制御
を行うことができる。

これを、第５図を参照してより詳細に説明す
る。まず、第５図の給水指令信号イから演算器３
３によりポンプ目標回転数を算出する。第６図の
曲線イに示すシステム抵抗特性に対応した圧力−
流量特性口となるポンプ回転数、例えば流量Q₄
の指令に対しては、システム抵抗特性イとの交点
ａに相当するロ″の圧力−流量特性を持つポンプ
回転数が求められる。そこで、演算器３３にて給
水指令信号イに対応した目標回転数を演算し、こ
の目標値信号ラとポンプの回転数検出器３０から
の回転数信号ネと回転数バイアス設定器３１の設
定値信号ナを加算器３２にて演算し、修正差圧偏
差信号ヌを得るように構成する。信号ヌ以降の動
作は第２図の説明と同様である。

ここで、目標回転数と実回転数に回転数バイア
ス信号を加えるということは、第６図に破線にて
示す曲線チをポンプの実際目標回転数とし、この
実際目標値と実際のポンプ回転数が合致するよう
に流体継手２によりポンプ３の回転数を制御する
ということになる。従つて、第６図の曲線イと曲
線チとの差（点ａと点ｂとの差）が前述の給水流
量調節弁の前後差圧となる。例えば流量Q₄の場
合ａ点とｂ点の圧力差が給水流量調節弁の前後差
圧となるので、第２図の発明と同等の効果を有す
る。

ここで、第６図に示す破線チの意味について説
明する。前述の通り、（点ｂの圧力）−（点ａの圧
力）は調節弁の前後差圧△Ｐであり、この時のポ
ンプ回転数はロ′となる。ここで、△Ｐだけ調節
弁に差圧を持たせている（破線チのシステム抵抗
としている）のは、ポンプ回転数制御に流体継手
を使用しているため過渡応答が遅いので、給水増
指令がきても直ちにポンプの回転数が上昇して来
ないからである。このため、給水増指令に対して
はまず調節弁を開にして指令に見合う流量を確保
し、その後にポンプ回転数を制御する方式として
いる。

すなわち、給水増指令に対応してまず調節弁が
開になると前後差圧が小さくなるので、その前後
差圧を規定差圧に戻すべくポンプ回転数を増加さ
せ、これによつてポンプ吐出圧を上昇させるよう
に働かせている。また、給水指定に吐出給水量を
合致させるべく給水調節弁の開度を増減させる
と、それに伴い調節弁の前後差圧が変化するの
で、その差圧を基定値に保つべくポンプの回転数
を制御させるようにしている。

〔発明の効果〕 以上の説明により明らかな如く本発明によれ
ば、給水指令に対しては、まず調整弁開度の制御
によつて迅速に給水流量を制御し、次に追従性の
良くないポンプ回転数制御によつて給水流量調節
弁の前後差圧も最適値に保持するようにしたの
で、給水量の急速な絞り込みや過渡変動に対して
も、迅速に応答できる電動駆動給水ポンプの給水
制御装置を得ることが出来る。また本発明は、特
に給水流量の増減に伴い、給水系のシステム抵抗
特性が変る変圧プラントに対して最大の効果を発
揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は変圧プラントの給水系のシステム抵抗
特性、給水ポンプの圧力−流量特性を示す図、第
２図は本願の特許請求の範囲第１項に係る発明の
一実施例を示す電動駆動給水ポンプの給水制御装
置の全体構成図、第３図は本発明装置の作用を説
明するグラフ、第４図は本発明装置の圧力−流量
特性を示す図、第５図は本願の特許請求の範囲第
２項に係る発明の一実施例を示す電動駆動給水ポ
ンプの給水制御装置の全体構成図、第６図は本発
明装置の動作を説明する図である。 １……電動機、２……流体継手、３……ポン
プ、４……フロー検出器、５……給水流量トラン
スミツタ、６……給水流量調節弁、７，８……圧
力トランスミツタ、９……加算器、１０……差圧
設定器、１１，１２……加算器、１３……給水調
節器、１４……電／空変換器、１５……バルブポ
ジシヨナー、１６……微分器、１７……加算器、
１８……不感帯、１９……調節器、２０……高位
選択器、２１……モータ駆動回路、２２……すく
い管制御モータ、２３……すくい管、２４……す
くい管位置検出器、２５……最低回転数設定器、
３０……ポンプ回転数検出器、３１……回転数バ
イアス設定器、３２……加算器、３３……演算
器、５１……電動駆動給水ポンプ、５２……給水
量検出装置、５３……差圧偏差信号発生装置、５
４……弁開度制御装置、５５……修正装置、５６
……回転制御装置、５７……修正差圧偏差信号発
生装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電動機、流体継手およびポンプにより構成さ
   れる電動駆動給水ポンプと、前記ポンプの出口側
   に設けられた給水流量調節弁とを備える給水系に
   おいて、 前記電動駆動給水ポンプの流量を検出してこれ
   を電気信号に変換する給水量検出装置と、 給水指令信号および前記給水量検出装置の出力
   信号を比較して前記給水流量調節弁の開度を制御
   する弁開度制御装置と、 前記給水流量調節弁に適切な前後差圧を設定す
   るための差圧設定器と、前記給水流量調節弁の前
   記前後差圧を検出する差圧検出器とを含み、前記
   差圧設定器の出力信号と前記差圧検出器の出力信
   号を比較して差圧偏差信号を発生する差圧偏差信
   号発生装置と、 給水指令を先行要素として前記差圧偏差信号を
   修正し、修正差圧偏差信号を出力する修正装置
   と、 前記ポンプの回転数が所定の回転数以下になら
   ないように制限する設定装置を含み、前記修正差
   圧偏差信号と前記差圧検出器で検出された前記給
   水流量調節弁の前記前後差圧が合致するよう、前
   記ポンプの回転数を制御するための流体継手の出
   力回転数を制御する回転制御装置とを具備する電
   動駆動給水ポンプの制御装置。 ２ 電動機、流体継手およびポンプにより構成さ
   れる電動駆動給水ポンプと、前記ポンプの出力口
   側に設けられた給水流量調節弁とを備える給水系
   において、 前記電動駆動給水ポンプの流量を検出してこれ
   を電気信号に変換する給水量検出装置と、 給水指令信号および前記給水量検出装置の出力
   信号を比較して前記給水流量調節弁の開度を制御
   する弁開度制御装置と、 前記ポンプの回転数を検出するポンプ回転数検
   出器と、 前記ポンプの回転数バイアスを設定する回転数
   バイアス設定器と、 給水指令により前記ポンプの回転目標値を演算
   した目標値信号を出力する手段を含み、前記ポン
   プ回転数検出器および回転数バイアス設定器の出
   力信号を比較して得られた差圧偏差信号を、前記
   目標値信号を先行要素として修正して修正差圧偏
   差信号を出力する修正差圧偏差信号発生装置と、 前記ポンプの回転数が所定の回転数以下になら
   ないように制限する設定装置を含み、前記修正差
   圧偏差信号と前記ポンプの回転数が合致するよ
   う、このポンプの回転数を制御するための流体継
   手の出力回転数を制御する回転制御装置とを具備
   する電動駆動給水ポンプの制御装置。